Механические свойства сплавов

Основные механические свойства металлов и их сплавов:

• прочность;

• вязкость;

• упругость;

• пластичность;

• твёрдость

Механические свойства определяются способностью данного металла или сплава сопротивляться воздействию внешних сил и сохранять свою форму. Для проверки механических свойств металлы подвергают испытаниям посредством специальных приборов, которые позволяют получить количественные показатели.

Прочность - это способность материала сопротивляться постепенно возрастающему действию внешней среды. Данные, характеризующие прочность материала, получают в результате испытания на растяжение, которое заключается в том, что образец определённой формы и размеров растягивается при медленно возрастающей нагрузке, действующей вдоль оси образца.

Вязкость характеризует свойство металла при растяжении не рваться, а вытягиваться. Свойство противоположное вязкости - это хрупкость. Например, чугун вязкостью не обладает, т. е. вытягивать его нельзя. Многие металлы поддаются довольно значительному вытягиванию, при этом одни больше, другие меньше. В порядке уменьшения вязкости металлы можно расположить в следующий ряд:

• серебро;

• железо;

• золото;

• медь;

• алюминий;

• свинец;

• олово.

Упругость - это способность металла изменять форму и размеры под действием внешней среды и возвращаться к первоначальной форме и размерам по прекращении действия этой силы. Упругость металла измеряется пределом упругости, который можно получить при испытании на разрыв. Если в результате приложения нагрузки напряжение не достигает предела упругости, то после снятия нагрузки удлинение исчезает. Если напряжение превышает предел упругости, то после снятия нагрузки остаётся остаточное удлинение. Металлы обладают разной степенью упругости. Если попробовать гнуть чугунный стержень, то он сломается. Сталь можно согнуть довольно сильно, и после прекращения сгибания она вернется к первоначальному состоянию. Большой упругостью обладает сталь закаленная. У олова упругость почти отсутствует. В зависимости от механической и термической обработки степень упругости каждого металла может изменяться. Если железную полоску наклепать молотком, то упругость её увеличится, если её нагреть, то упругость её уменьшится.

Пластичность - это свойство твёрдых тел необратимо деформироваться под действием механических нагрузок. Пластичность определяет возможность обработки материалов давлением. Пластичные металлы способны принимать нужную форму при воздействии давления и сохранять её после прекращения. Пластичность - свойство, противоположное упругости. Этим свойством пользуются при штамповке, прокатке и т.п. Пластичные металлы - это платина, золото, серебро. Малопластичные металлы - это цинк и висмут.

Твёрдость - это способность материала сопротивляться вдавливанию в него другого, более твёрдого тела. Одним из старых способов определения твёрдости служит царапанье поверхности испытуемого материала различными минералами. Этим методом твёрдость сравнивают с твёрдостью минералов, расположенных по шкале Мооса, в которой каждый последующий минерал оставляет царапины на поверхности всех предыдущих:

• гипс;

• апатит;

• полевой шпат;

• кварц;

• корунд;

• алмаз.

Испытуемый образец царапают по очереди указанными минералами, пока на поверхности не появится первый след. Твёрдость считается на один номер ниже того номера шкалы, при котором появился первый след. Например, если на образце появился первый след от корунда, то твёрдость образца будет равна 8. Этот способ недостаточно точен, поскольку разница между твёрдостью минералов шкалы Мооса велика. В современной технике для определения твёрдости металлов имеются специальные приборы.

Способ испытания твёрдости на прессе Бринелля основан на вдавливании в испытуемый материал круглого стального шарика под определённым давлением. Применяют шарики диаметром в 2,5-5-10 мм при нагрузке до 3000 кг. Для испытания твёрдости на детали затачивают ровную гладкую поверхность. Затем деталь кладут на подставку пресса так, чтобы площадка была перпендикулярна стержню с шариком на конце. При помощи винта деталь приближают вплотную к шарику и проводят надавливание. На металле в месте давления шарика остаётся отпечаток.

 

Химические свойства сплавов

В стоматологической практике нужно знать не только физические, но и химические свойства металлов, используемых для зубопротезирования, поскольку на зубные протезы оказывают воздействие жидкости полости рта, которые имеют слабокислую или слабощелочную реакцию. Металлы вступают во взаимодействие с этими жидкостями, под действием их разрушаются, и образовавшиеся при этом растворы могут попадать в кровь и отравлять организм.

Действие конструкционных материалов на организм человека проявляется в двух аспектах:

• коррозионное поведение материалов в электрически-коррозионно-активной среде,

которой служит слюна (ротовая жидкость) человека;

• явления гальванизма, которые проявляются при контакте нескольких сплавов металлов со значительно различающимися электродными потенциалами.

Некоторые металлы не боятся коррозийного действия атмосферного воздуха. На их поверхности образуется тонкая, но плотная плёнка окисла, сквозь которую молекулы атмосферных газов не могут проникать. Она надёжно защищает основную массу металла не только от дальнейшего окисления, но часто и от действия кислот и других химически активных веществ. Коррозионную стойкость металлам придаёт именно защитная оксидная плёнка.

К коррозии приводит соприкосновение стальных деталей с благородными металлами.

Разность потенциалов может возникнуть в растворе электролита между неоднородностями строения одного и того же металла.

Электрохимической коррозии больше подвержены металлы, ионы которых в растворе активнее ионов водорода. Приведём ряд активности металлов: К, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Все металлы, расположенные в этом ряду слева от водорода, вытесняют его из кислот тем энергичнее, чем дальше стоят в таблице Менделеева. Металлы, стоящие справа от водорода, наоборот, вытесняются водородом из растворов их солей.

Ионы металлов, выделяемые из материала зубных протезов, могут обусловить ускорение образования зубного налёта и оказывать вредные влияния на весь организм. С целью предупреждения этих осложнений рекомендуется в качестве конструкционных материалов выбрать взаимно индифферентные сплавы металлов.

Основополагающим фактором, обусловливающим химическую инертность металлов, будет строение внешних электронных оболочек атомов металлов, которые в атомах инертных газов в идеале должны быть полностью заполнены.

Современная наука химическую активность элементов определяет электрическим потенциалом по отношению к иону Н+. Чем отрицательнее химический потенциал, тем для пациента лучше. Все сплавы, применяемые в стоматологии, могут быть расположены в порядке их химической активности.

Ниже приведены ориентировочные данные электрохимических потенциалов различных стоматологических сплавов в соляном растворе при температуре 36 °С (среда полости рта).

• Сплав системы Au-Pt-Pd-Ag - 0,45.

• Сплав системы Au-Cu-Ag - 0,34.

• Кобальто-хромовый сплав - 0,30.

• Никель-хромовый сплав - 0,22.

• Хромоникелевая сталь - 0,12.

• Водород Н+ - ±0,00.

По химической активности кобальто-хромовые сплавы ближе к золотосодержащим, чем никель-хромовые. По электрохимической активности разница между кобальто-хромовыми и золотосодержащими сплавами меньше, чем между кобальто-хромовыми и никельхромовыми сплавами. Для изготовления зубных протезов следует использовать не окисляющиеся в условиях полости рта сплавы металлов.